Warum können Seltene Erden zur Zahnfärbung verwendet werden?

Yttrium-stabilisiertes Zirkoniumdioxid ist eines der gebräuchlichsten keramischen Materialien in unserem täglichen Leben. Es hat hervorragende mechanische Eigenschaften bei Raumtemperatur, ist biosicher und hat eine niedrige Wärmeleitfähigkeit, so dass es zu einem idealen Keramikmaterial für die Zahnrestauration geworden ist. Wird es jedoch nicht mit einem Farbstoff behandelt, weist es eine kreidige Farbe auf, die den klinischen Anforderungen an die Farbanpassung von Zahnersatz nicht gerecht wird.

Um die Farbwirkung natürlicher Zähne zu erreichen, wird das Material bei der Verwendung in der Klinik eingefärbt. Seltene Erden haben einzigartige optische Eigenschaften, eine gute Haarfarbe und eine stabile Farbe und werden häufig in Keramiken verwendet. Bei der Einfärbung von Dentalmaterialien sollte jedoch der Farbbereich, der den natürlichen Zähnen entspricht, und die Beschränkung der Eigenschaften einiger Elemente berücksichtigt werden. Derzeit gibt es nicht viele Seltene Erden, die für die Färbung von Zahnmaterialien verwendet werden, hauptsächlich Ce, Pr, Er, Nd, etc.

Färbemethode für Seltene Erden-Farbe

Immersionsfärbung

Um den Farbwiedergabeeffekt natürlicher Zähne zu erreichen, wird in der klinischen Praxis häufig die Tauchfärbung verwendet, d. h. die Einfärbung der Zirkonoxid-Rohlinge nach dem Vorsintern. Die Färbemethode ist einfach zu handhaben, kann aber leicht zu Unregelmäßigkeiten führen, die durch die Operation stark beeinträchtigt werden. Gegenwärtig werden viele Färbelösungen auf dem Markt hauptsächlich aus Seltenen Erden hergestellt.

Pulvermischung

Bei der Pulvermischung wird das Färbemittel vor dem Hochtemperatursintern von Zirkoniumdioxid mit dem Ausgangspulver gemischt. Bei hoher Temperatur dringen die farbgebenden Ionen in Form eines Mischkristalls in das ZrO2-Gitter ein und färben es. Diese Methode vermeidet die ungleichmäßige Färbung, die durch verschiedene Faktoren wie die Dicke des vorgewärmten Körpers, die Mikrostruktur und den klinischen Färbeprozess verursacht wird, und hat nur geringe Auswirkungen auf die Helligkeit des Materials. Die Eigenschaften der gesinterten Werkstoffe werden jedoch durch die Modifizierung des Zirkoniumdioxidpulvers beeinträchtigt, wenn das Färbemittel dotiert ist.

Auswirkungen der Einfärbung mit Seltenerdmetallen auf die Materialeigenschaften

Es gibt zwei wichtige Anforderungen an Dentalkeramiken in der Klinik: zum einen die mechanischen Eigenschaften und zum anderen die biologische Sicherheit. Zirkoniumdioxidkeramik ist in beiden Aspekten hervorragend, aber die Eigenschaften der Kristallphase und die Dichte der Materialien werden durch die Dotierung der Färbemittel beeinflusst. Daher ist es notwendig, die Auswirkungen auf die Eigenschaften der Materialien zu minimieren, während sie mit Seltenerdfarbstoffen verschönert werden.

Veränderungen der mechanischen Eigenschaften

Studien haben gezeigt, dass die maximale Biegefestigkeit menschlicher Seitenzähne 700 N oder mehr erreichen kann. Daher sollte die Biegefestigkeit keramischer Materialien, die in klinischen Prothesen verwendet werden, über 800 MPa liegen. Nach den Ergebnissen der vorliegenden Studie kann der Zusatz von Spurenelementen einen gewissen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von Zirkoniumdioxid haben. Solange der Gehalt an gefärbtem Oxid jedoch ordnungsgemäß kontrolliert wird, wird die klinische Wirkung nicht beeinträchtigt, und manchmal verbessern einige Färbungen die mechanischen Eigenschaften des Materials.

Studie zur Zytotoxizität von gefärbten Materialien

Vor der klinischen Anwendung müssen medizinische Biomaterialien wissenschaftlichen Biosicherheitstests unterzogen werden, und die Zytotoxizität ist einer der wichtigsten Indizes für die Biosicherheit. Die für die Einfärbung von Vollkeramikmaterialien für die Zahnmedizin verwendeten Seltenen Erden gehören hauptsächlich zur Gruppe der leichten Seltenen Erden. Obwohl die leichten Seltenen Erden eine gewisse Toxizität aufweisen können, haben die geringen Konzentrationen von leichten Seltenen Erden eine signifikante krebshemmende und antimutagene Wirkung, und ihr Zusatz als Farbstoff ist äußerst gering.